納米修飾及氮摻雜石墨烯的制備及其聚合物復(fù)合材料研究.pdf

1、功能高分子復(fù)合材料由于其功能多樣性和靈活性而受到廣泛關(guān)注和深入研究。石墨烯在熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)等方面都具有優(yōu)異的性能，被認(rèn)為十分適用于作為高分子復(fù)合材料的一種功能性組份。然而，在很多情況下石墨烯的優(yōu)異性能在有機(jī)硅復(fù)合物以及聚苯胺基超級(jí)電容器電極材料中并未得到充分有效地發(fā)揮。究其原因，以有機(jī)硅復(fù)合物為例，可以歸納為兩個(gè)方面：其一，石墨烯易因?qū)娱g范德華力的作用，產(chǎn)生堆疊團(tuán)聚、石墨化現(xiàn)象，難以在有機(jī)硅中以單片層或超薄片層均勻分布；其二，石墨烯和

2、有機(jī)硅分子之間缺乏親和力或相容性，二者之間缺乏有力的化學(xué)或物理作用，不能形成穩(wěn)定的石墨烯和有機(jī)硅界面，難以適應(yīng)外界環(huán)境的刺激或變化。以聚苯胺基超級(jí)電容器電極材料為例，一個(gè)重要的原因在于：石墨烯表面被大量的聚苯胺所覆蓋或阻擋，致使能暴露在電解液離子中的石墨烯面積大大減少，降低了雙電層電容的利用效率。適當(dāng)?shù)貙?duì)石墨烯進(jìn)行修飾或功能化改性，可以提高石墨烯與聚硅氧烷的相容性及其在聚硅氧烷中的分散性，提高石墨烯材料作為聚苯胺基超級(jí)電容器電極材料的比

3、表面積利用效率和電化學(xué)性能，從而將石墨烯優(yōu)異的熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)性能更好地發(fā)揮出來(lái)。
　　本論文通過(guò)二氧化硅對(duì)石墨烯/硅橡膠和石墨烯/聚苯胺兩類復(fù)合物進(jìn)行界面修飾制備了高度分散的石墨烯/二氧化硅/硅橡膠復(fù)合材料和孔結(jié)構(gòu)化的石墨烯/二氧化硅/聚苯胺復(fù)合材料，研究了石墨烯/二氧化硅/硅橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱和機(jī)械性能及石墨烯/二氧化硅/聚苯胺復(fù)合材料的電化學(xué)性能。此外，制備了氮摻雜石墨烯，研究了氮摻雜石墨烯作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能

4、。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　1、對(duì)石墨烯/硅橡膠界面進(jìn)行納米修飾，即采用溶膠凝膠法制備得到了石墨烯/二氧化硅復(fù)合物，通過(guò)綠色的無(wú)溶劑法將石墨烯/二氧化硅直接添加到硅橡膠中，獲得了界面穩(wěn)定的石墨烯/二氧化硅/硅橡膠復(fù)合材料。研究了石墨烯/二氧化硅/硅橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱和機(jī)械性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，和石墨烯/硅橡膠復(fù)合物相比，石墨烯/二氧化硅/硅橡膠復(fù)合物在力學(xué)及熱學(xué)等性能上均有一定的提升。
　　2、為充分發(fā)揮石墨烯在聚苯胺超級(jí)

5、電容器中的應(yīng)用性能，我們往石墨烯中引入了化學(xué)穩(wěn)定好的二氧化硅，通過(guò)原位聚合法制備得到了石墨烯/二氧化硅/聚苯胺（rGESP）三元復(fù)合物，并對(duì)它們的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，石墨烯/二氧化硅/聚苯胺較單純的石墨烯、聚苯胺以及石墨烯/聚苯胺表現(xiàn)出更為優(yōu)異的電化學(xué)性能。
　　3、采用氮原子摻雜石墨烯以提高其電化學(xué)性能。以氧化石墨烯為原料，尿素為氮源，制備得到了氮原子含量為5.08%的氮摻雜石墨烯，并研究它的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果